即使在这个“基因组时代”，很多基因仍然笼罩在神秘之中。对于“隐秘突变”尤其如此 - 隐藏的突变基因，并且对仅在与其他突变组合时才显示的性状具有意想不到的影响。特别是从一个臭名昭着的神秘突变中学习，CSHL的研究人员在作物育种或基因编辑方面分享了重要的经验教训。
这个故事始于坎贝尔汤公司和20世纪中叶的番茄田。一种特殊的番茄植物具有意想不到的有益特性：果实与葡萄藤分开，绿色的帽子和茎干接触其余的果实。事实证明，这种自发的天然突变体是大规模生产的理想选择。
其他番茄品种会在果梗的一个关节状的小块中脱落，在果实上留下尖的绿色帽子。由于茎仍然存在，这些加盖的西红柿在机器采摘过程中容易受伤或最终在运输过程中相互刺穿。然而，幸运的Campbell Soup突变体没有这些问题。它是无缝的，非常适合不断发展的自动化行业。不出所料，育种者称基因突变驱使这种有益特性无关-2(j2)。
在20世纪60年代，番茄育种者疯狂地将j2引入许多品种。然而，很快就发现j2的安全和简单收获的好处是一个很大的代价。在几乎所有的情况下，无缝番茄植物将以失控的方式分枝和开花，导致生长不平衡，导致果实产量和产量减少。
霍华德休斯医学研究所研究员和CSHL教授Zach Lippman解释说：“即便是坎贝尔公司的第一家工厂被描述为过度分支。”这种作物的不可预测性远非理想。
2017年，Lippman和博士后研究员Sebastian Soyk终于解决了这种不可预测的行为背后的神秘面纱，这种行为困扰着育种者超过五十年。研究人员发现，一种古老的基因突变 - 一种超过4000年的作物驯化的神器 - 与j2产生了意想不到的相互作用。结果是科学家称之为“神秘的遗传变异”的有力例证。
“就其本身而言，单突变对植物的健康或健康或活力没有明显影响，”Lippman说。“但是，当另一个突变与其同时发生并且存在负面相互作用时，那就是揭示自身的神秘突变。”
今天，测序技术使我们能够看到这些突变。此外，借助像CRISPR这样的基因编辑工具，科学家们可以微调负面相互作用背后的突变，使它们不再妨碍农业生产。
[观看Lippman讨论如何结合有益特征可能产生负面影响：https：//www.youtube.com/watch?v = FoaJHtTqsGk]
但在20世纪60年代，今天的CRISPR技术的基因编辑能力听起来像科幻小说。
那么，育种者如何避免涉及j2突变的不可预测的麻烦呢?根据Lippman的说法，行业育种者只是通过番茄品种筛选，直到找到一种与j2相配的品种。几十年后，仔细研究这些育种者开发的植物的基因组，发现他们没有与j2发生冲突的原因是因为他们经常完全缺乏古老的驯化突变。
“值得一提的是，隐秘的变种 - 古老的变异 - 在老式和现代番茄品种中广泛存在，”Soyk补充道。
这就是第二种方式，饲养者克服了令人感兴趣的不受欢迎的神秘变异。
“我们发现佛罗里达州的一些育种者能够选择其他能够抵消这种负面相互作用的神秘变种，”他说。
研究人员在Nature Plants上发表的最新研究成果解释了佛罗里达育种者偶然发现的其他神秘变异被称为结构变异 - DNA序列的重排导致染色体内的明显变化。在这种情况下，变体是与j2相互作用的古代突变的重复。
换句话说，佛罗里达州的农民不再避免古老的变异，而是继续繁殖他们的西红柿，直到机会突变给他们留下了复制的古代隐秘突变。令人惊讶的是，在一个幸运的遗传扭曲中，这最终恢复了功能。
Lippman解释说，古老的突变通常会“破坏”基因。“它将该基因的功能活性降低了30%。但如果我突然有两个突变基因的拷贝，我们就会恢复到几乎完整的功能活动。”
通过这种方式，古代突变的两倍等同于完全没有突变的结果几乎相同!
“这[重复事件]是自然发生的，所以基本上，大自然为自己的问题提供了解决方案，”科学家补充道。
这才是真正的教训。拥有强大的基因编辑工具(如CRISPR)的现代科学家仍然可以从大自然的意外解决方案中学习。Lippman还解释说，这项工作还强调了即使是现代测序工具，基因组仍然隐藏着多少。没有坎贝尔汤公司番茄的广泛历史，它向科学家们展示了哪些东西，甚至那种神秘的突变也可能一直隐藏着。
[观看Lippman讨论隐秘突变如何为作物基因编辑提供警示：https：//www.youtube.com/watch?v = suQDlYvyzlU]
“我们提出的例子非常黑白，”利普曼说。“但是，我非常自信地说，会有很多神秘变异的例子，它们的效果会更加微妙和微妙。”
而且，他补充说，这使得这个故事成为一个警示。“如果你有一个特定的基因，你想用它来改善特性，例如，通过基因编辑，很可能结果不会像你期望的那样。”
因此，挑战在于确定如何使神秘变异更具可预测性。解析像j2突变这样的例子，为今后的工作提供了重要线索。
“即使在今天，植物育种在很大程度上也是不可预测的，”Soyk指出。“我们的研究结果现在可以被育种者用来制定更好的育种策略，以改善使用无缝突变的收获，”但其他作物呢?
“这就是我们研究的目标，”利普曼说。“我们想要试图弄清楚，在存在的突变的海洋中，哪些突变的可能性最大，并且当你使用基因编辑时会发现自己。”
研究人员希望，如果能够更好地预测何时可能出现隐秘突变，他们可以避免繁殖和基因组编辑中无法预料的问题。